汽车电动助力转向系统控制器设计及测试系统的研究

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随着国家的快速发展,伴随着人们生活水平的不断提高,汽车成为广大人们出行的主要方式,人们也对汽车的驾驶性能也有了更高的要求。而转向系统对汽车的稳定性、舒适性和安全性起到了关键性的作用,转向系统由最初的纯机械式转向,到后来的液压助力转向以及电控液压助力转向,再到现在普及的电动助力转向系统。电动助力转向系统以节能环保、易控制、软件可调、结构简单、体积小、易维修等优点得到了广泛使用。本文先论述了汽车电动助力转向系统(EPS)的发展历程及现状,然后研究了EPS的助力模式和曲线设计原则,对某一车型设计了一种新型的EPS双层控制器,上层控制器采用模糊理论设计,对目标电流的每个隶属等级设计了常量隶属函数,实现对助力电机目标电流的精确输出,且达到良好的助力效果。下层控制器基于指数趋近律设计了滑模控制器,跟踪助力电机工作电流,消除外界干扰带来的误差,使电机电流跟随性达到最优,并与传统的PID控制器对比分析,结果表明滑模控制器的动态响应速度是传统PID控制的10倍多,且更加稳定。将EPS系统分为四大部分分别进行动力学分析,建立仿真模型验证模型的正确性,再与更接近实车的Car Sim汽车模型进行联合仿真,验证其助力效果,可满足驾驶员的转向轻便性,然后模拟试验场实验,对转向盘进行阶跃信号和脉冲信号输入,分析整车的车身侧倾角、横摆角速度及侧向加速度,验证了设计的EPS控制器对整车稳定性的影响,结果表明在此控制器的控制下,汽车在任何行驶工况下都可以保持良好的稳定性和乘坐舒适性。利用Labview软件开发EPS性能测试系统,为确保数据的安全性,软件需要登录验证,成功后才可进行数据采集与回放,采集界面使用友好的可视化图形界面显示数据波形,且有状态提示和实时数据显示,使用简单易连接,计算机与USB3202数据采集连接,对现有的昌河北斗星汽车实验台架进行性能测试,测试信号稳定,精度高,可满足工业领域的性能测试要求。
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